DE102013214796A1

DE102013214796A1 - Fahrzeugkarosserie mit Karosseriebauteilen

Info

Publication number: DE102013214796A1
Application number: DE102013214796.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Beil; Thomas Schnaufer; Christian Stein
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-30
Also published as: DE102013214796B4

Abstract

Erfindungsgemäß ist eine Fahrzeugkarosserie mit einem ersten, schalenförmigen Karosseriebauteil aus faserverstärktem Kunststoff und einem zweiten, balkenförmigen Karosseriebauteil geschaffen, bei der zwischen dem ersten Karosseriebauteil und dem zweiten Karosseriebauteil ein drittes, eine Krafteinleitung aus dem zweiten Karosseriebauteil in das erste Karosseriebauteil auf eine größere bzw. vergrößerte Fläche verteilendes Karosseriebauteil vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie mit einem ersten, schalenförmigen Karosseriebauteil aus faserverstärktem Kunststoff und einem zweiten, balkenförmigen Karosseriebauteil.
Bei Fahrzeugkarosserien moderner Fahrzeuge, insbesondere bei Personenkraftwagen, sind deren äußere, schalenförmige Karosseriebauteile, die insbesondere deren Sichtflächen außen und teilweise auch innen bilden, mit faserverstärktem Kunststoff gestaltet. Solche schalenförmigen Flächenelemente sind Bauteile, die vergleichsweise dünnwandig sind und entsprechend eine geringe Steifigkeit und Stabilität aufweisen. Entsprechend ergibt sich die Problematik, dass solche Bauteile ausreichend stabil und steif abgestützt sein müssen. Es gilt insbesondere die konstruktiven Anforderungen an Fahrzeugkarosserien zu erfüllen, wie Steifigkeit und Stabilität während des Fahrbetriebs des zugehörigen Fahrzeugs, bei zugleich definierter Nachgiebigkeit bei einem unfallbedingten Aufprall.
Erfindungsgemäß ist eine Fahrzeugkarosserie mit einem ersten, schalenförmigen Karosseriebauteil aus faserverstärktem Kunststoff und einem zweiten, balkenförmigen Karosseriebauteil geschaffen, bei der zwischen dem ersten Karosseriebauteil und dem zweiten Karosseriebauten ein drittes, eine Krafteinleitung aus dem zweiten Karosseriebauteil in das erste Karosseriebauteil auf eine größere bzw. vergrößerte Fläche verteilendes Karosseriebauteil vorgesehen ist.
Mit dem erfindungsgemäßen dritten Karosseriebauteil wird gezielt die Kraftüberleitung von einem stabförmigen Karosseriebauteil auf ein schalenförmiges Karosseriebauteil positiv beeinflusst. Dazu ist ein eigens dazu angepasstes drittes Karosseriebauteil vorgesehen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass es im Hinblick auf die Gesamtgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosserie sinnvoller ist, für die Kraftüberleitung ein eigens angepasstes Karosseriebauteil vorzusehen, anstatt z. B. das erste oder das zweite Karosseriebauteil seinerseits an diese Funktion der Kraftüberleitung anzupassen. Mit dem erfindungsgemäßen dritten Karosseriebauteil kann sowohl durch die Materialauswahl dafür, als auch die Formgestaltung dafür eine vorteilhaftere Gesamtlösung geschaffen werden.
Das dritte Karosseriebauteil ist vorzugsweise an einem Endbereich des zweiten Karosseriebauteils angeordnet. An diesem Endbereich kommt die erfindungsgemäß erzielte, besonders vorteilhafte Kraftüberleitung besonders zur Geltung.
Mit dem ersten Karosseriebauteil ist vorzugsweise ein Seitenrahmen einer Fahrgastzelle und mit dem zweiten Karosseriebauteil eine Verstärkung einer A-Säule der Fahrgastzelle gestaltet. Im Bereich der A-Säule besteht die Notwendigkeit, die zugehörige Fahrgastzelle für den Fall eines unfallbedingten Überschlags des zugehörigen Fahrzeugs und damit für den Fall einer besonders starken, nahezu vertikal von oben einwirkenden Krafteinleitung auf die Fahrgastzelle zu schützen. Diese Funktion kann mit der erfindungsgemäßen Lösung sehr vorteilhaft, bei geringen Zusatzkosten für die Herstellung, geringem Raumbedarf an der A-Säule und geringem Zusatzgewicht für die Fahrzeugkarosserie, erfüllt werden. Das erfindungsgemäß vorgesehene, dritte Karosseriebauteil ist dabei vorteilhaft am unteren Endbereich einer stabförmigen A-Säulen-Versteifung angeordnet.
An der derartigen erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosserie ist ferner vorzugsweise ein weiteres drittes Karosseriebauteil an einem oberen Endbereich der A-Säule der Fahrgastzelle angeordnet. Mit diesem weiteren dritten Karosseriebauteil ist auch am oberen Endbereich der stabförmigen Versteifung ein gezielt vorteilhafter Kraftübergang von dem dort schalenförmigen Seitenrahmen auf eine innen liegende, versteifende Stützstruktur geschaffen. Die Stützstruktur versteift damit nicht allein die A-Säule, sondern vorteilhaft auch einen zugehörigen Dachholm der Fahrgastzelle.
Das dritte Karosseriebauteil füllt vorzugsweise im Querschnitt betrachtet einen Raum zwischen dem ersten und dem zweiten Karosseriebauteil vollständig aus. Das derart gestaltete Karoseriebauteil schafft damit einen großflächigen Kraftübergang in sämtlichen Belastungsrichtungen.
Insbesondere bei einer derartigen Gestaltung des dritten Karosseriebauteils sind das erste, zweite und dritte Karosseriebauteil vorzugsweise miteinander flächig verklebt.
Im Hinblick auf die Materialwahl für das erfindungsgemäße dritte Karosseriebauteil ist dieses vorzugsweise aus Aluminiumdruckguss, aus mit Carbonfaser (CF) verstärktem Verbundwerkstoff (CF-SMC (Sheet Maulding Compound)) oder aus Schaum, insbesondere Polypropylen-Schaum (EPP), hergestellt.
Die Erfindung ist ferner auch auf eine Fahrzeugkarosserie, insbesondere der oben genannten Art, gerichtet, mit einem ersten, schalenförmigen Karosseriebauteil aus faserverstärktem Kunststoff und einem zweiten, balkenförmigen Karosseriebauteil, wobei das zweite Karosseriebauteil, und insbesondere auch das dritte Karosseriebauteil, aus demselben faserverstärkten Kunststoff hergestellt sind, wie das erste Karosseriebauteil.
Die derart aus gleichen Materialien hergestellten äußeren und inneren Komponenten einer Fahrzeugkarosserie führen zu einer besonders geringen Spannungsbelastung an den Grenzflächen, insbesondere bei temperaturbedingter Ausdehnung dieser Komponenten.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Explosionsansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosserie sowie des dort angeordneten, balkenförmigen Karosseriebauteils,
2 die Ansicht II gemäß 1 mit einer zugehörige Belastungssituation,
3 die perspektivische Ansicht III gemäß 2 des balkenförmigen Karosseriebauteils mit zugehörigen Karosseriebauteilen sowie der zugehörigen Belastungssituation und
4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des balkenförmigen Karosseriebauteils mit zugehörigen Karosseriebauteilen.
Eine Fahrzeugkarosserie 10 eines Personenkraftwagens weist als wesentlichen Bestandteil ihrer Fahrgastzelle einen Seitenrahmen 12 auf, der aus einem äußeren schalenförmigen ersten Karosseriebauteil 14 und einem inneren schalenförmigen Karosseriebauteil 16 gebildet ist. Zwischen den beiden Karosseriebauteilen 14 und 16 befindet sich ein balkenförmiges bzw. stabförmiges zweites Karosseriebauteil 18 im Bereich einer mit dem Seitenrahmen 12 gebildeten A-Säule 20 sowie eines Dachholms 22.
Die Karosseriebauteile 14, 16 und 18 sind sämtlich aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt. Sie sind vergleichsweise dünnwandig gestaltet, wobei das Karosseriebauteil 18 als Hohlprofil ausgebildet ist, des gegebenenfalls mit einem Schaum gefüllt und auf diese Weise zusätzlich stabilisiert sein kann.
Ein derartiger Seitenrahmen 12 ist insbesondere bei einem Unfall des zugehörigen Fahrzeugs der Gefahr einer sehr großen Belastung von vertikal oben unterworfen, nämlich dann, wenn sich das Fahrzeug unfallbedingt überschlägt. Für diesen Lastfall, der in 2 und 3 mit einem Pfeil 24 und einer Bodenfläche 26 bei einem solchen Überschlag veranschaulicht ist, sind zwischen den beiden ersten Karosseriebauteilen 14 und 16 sowie dem zweiten Karosseriebauteil 18 weitere dritte Karosseriebauteile 28 und 30 vorgesehen.
Von diesen dritten Karosseriebauteilen 28 und 30 befindet sich ein unteres drittes Karosseriebauteil 28, am bezogen auf die Fahrsituation sowie die Darstellung gemäß 3 und 4, unteren Ende des balkenförmigen dritten Karosseriebauteils 28. An diesem unteren Ende des dritten Karosseriebauteils 28 endet die A-Säule 20 und geht in einen vorderen Abschnitt 32 des Seitenrahmens 12 einer weiter nicht dargestellten Spritzwand bzw. Stirnwand der Fahrgastzelle über.
Das weitere dritte Karosseriebauteil 30 befindet sich im oberen Bereich des balkenförmigen zweiten Karosseriebauteils 18 am Übergang der A-Säule 20 in den Dachholm 22.
Die beiden dritten Karosseriebauteile 28 und 30, die in 3 und 4 extra mit einer Kreuzschraffur dargestellt sind, sind als Aluminium-Druckgussteile insbesondere mit Rippen ausgebildet, mit denen die ansonsten bestehenden Hohlräume in den genannten Bereichen unten an der A-Säule 20 und oben an der A-Säule 20 zwischen den beiden schalenförmigen ersten Karosseriebauteilen 14 sowie 16 bis hin zum balkenförmigen Karosseriebauteil 18 ausgefüllt sind. Die dritten Karosseriebauteile 28 und 30 verteilen damit den Kraftübergang bzw. die Kraftweiterleitung zwischen den ersten Karosseriebauteilen 14 und 16 sowie dem zweiten Karosseriebauteil 18 auf eine größere Fläche, als wenn nur allein das balkenförmige Karosseriebauteil 18 zwischen den Karosseriebauteilen 14 und 16 angeordnet wäre. Entsprechend ergeben sich an den schalenförmigen Karosseriebauteilen 14 und 16 verhältnismäßig kleinere Flächenpressungen.
Die mit dem Pfeil 24 veranschaulichte Krafteinwirkung kann daher verbessert in die unteren und hinteren Bereiche der Karosseriebauteile 14 und 16 eingeleitet und dort von diesen aufgenommen werden.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeugkarosserie
12: Seitenrahmen
14: äußeres schalenförmiges erstes Karosseriebauteil
16: inneres schalenförmiges erstes Karosseriebauteil
18: balkenförmiges zweites Karosseriebauteil
20: A-Säule
22: Dachholm
24: Pfeil der Krafteinwirkung
26: Bodenfläche bei einem Überschlag
28: unteres drittes Karosseriebauteil
30: oberes drittes Karosseriebauteil
32: vorderer Abschnitt des Seitenrahmens

Claims

Fahrzeugkarosserie (10) mit einem ersten, schalenförmigen Karosseriebauteil (14, 16) aus faserverstärktem Kunststoff und einem zweiten, balkenförmigen Karosseriebauteil (18), wobei zwischen dem ersten Karosseriebauteil (14, 16) und dem zweiten Karosseriebauteil (18) ein drittes, eine Krafteinleitung aus dem zweiten Karosseriebauteil (18) in das erste Karosseriebauteil (14, 16) auf eine vergrößerte Fläche verteilendes Karosseriebauteil (28, 30) vorgesehen ist.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 1, bei der das dritte Karosseriebauteil (28) an einem Endbereich des zweiten Karosseriebauteils (18) angeordnet ist.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 2, bei der mit dem ersten Karosseriebauteil (14, 16) ein Seitenrahmen (12) einer Fahrgastzelle und mit dem zweiten Karosseriebauteil (18) eine Verstärkung einer A-Säule (20) der Fahrgastzelle gestaltet ist.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 3, bei der ein weiteres drittes Karosseriebauteil (30) an einem oberen Endbereich der A-Säule (20) der Fahrgastzelle angeordnet ist.
Fahrzeugkarosserie nach einer der Ansprüche 1 bis 4, bei der das dritte Karosseriebauteil (28, 30) im Querschnitt betrachtet einen Raum zwischen dem ersten Karosseriebauteil (14, 16) und dem zweiten Karosseriebauteil (18) vollständig ausfüllend gestaltet ist.
Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das erste, zweite und dritte Karosseriebauteil (14, 16, 18, 28, 30) miteinander flächig verklebt sind.
Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das dritte Karosseriebauten (28, 30) aus Aluminiumdruckguss hergestellt ist.
Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das dritte Karosseriebauteil aus Carbonfaser verstärktem Verbundwerkstoff hergestellt ist.
Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das dritte Karosseriebauteil aus Schaum hergestellt ist.
Fahrzeugkarosserie (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem ersten, schalenförmigen Karosseriebauteil (14, 16) aus faserverstärktem Kunststoff und einem zweiten, balkenförmigen Karosseriebauteil (18), wobei das zweite Karosseriebauteil (18), und insbesondere auch das dritte Karosseriebauteil (28, 30), aus demselben faserverstärkten Kunststoff hergestellt sind, wie das erste Karosseriebauteil (14, 16).